pcae GmbH Kopernikusstr. 4A 30167 Hannover Tel · PDF file3. überarbeitete Auflage, Aug. 2008 pcae GmbH, Kopernikusstr. 4 A, 30167 Hannover pcae versichert, dass Handbuch und Programm

pcae GmbH Kopernikusstr. 4A 30167 Hannover Tel 0511/70083-0 Fax 0511/70083-99 Internet www.pcae.de Mail [email protected]

August 2008

Copyright 2003-2008 3. überarbeitete Auflage, Aug. 2008 pcae GmbH, Kopernikusstr. 4 A, 30167 Hannover

pcae versichert, dass Handbuch und Programm nach bestem Wissen und Gewissen erstellt wurden. Für absolute Fehlerfreiheit kann jedoch infolge der komplexen Materie keine Gewähr übernommen werden. Änderungen an Programm und Beschreibung vorbehalten. Korrekturen und Ergänzungen zum vorliegenden Handbuch sind ggf. auf der aktuellen Installa-tions-CD enthalten. Ergeben sich Abweichungen zur Online-Hilfe, ist diese aktualisiert. Ferner finden Sie Verbesserungen und Tipps im Internet unter www.pcae.de. Teile dieses Handbuches dürfen unter Angabe der Quelle vervielfältigt werden.

Produktbeschreibung 4H-STAHL, Typisierte Verbindungen, ist ein Produkt der pcae GmbH, Hannover.

Das Programm dient zu Nachweis und Bemessung der typisierten Verbindungen Pfettenstoß. Rippenlose Krafteinleitung, gelenkiger Trägeranschluss. Stirnplattenstoß, Gelenkiger Fußpunkt und Köcherfundament gemäß DASt-Ringbuch mit allen erforderlichen Anpassungen an DIN 18800. Die Programmentwicklung erfolgt nahezu ausschließlich durch Bauingenieure. Die interaktiven Steuermechanismen des Programms sind aus anderen Windows- Anwendun-gen bekannt. Wir haben darüber hinaus versucht, weitestgehend in der Terminologie des Bau-ingenieurs zu bleiben und 4H-STAHL von detailliertem Computerwissen unabhängig zu halten.

Das vorliegende Handbuch beschreibt die Handhabung des Programms. Informationen zu dem jeweiligen Eigenschaftsblatt finden Sie zusätzlich über den lokalen Hilfebutton. Zur 4H-STAHL-Dokumentation gehört neben diesem Handbuch das Manual

DTE -DeskTopEngineering®

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg mit 4H-STAHL.

Hannover, im August 2008

Produktbeschreibung 1

Abkürzungen und Begriffe Um die Texte zu straffen, werden folgende Abkürzungen benutzt:

Maustasten RMT rechte Maustaste drücken LMT linke Maustaste drücken LF Lastfall (Teileinwirkung) Nwtyp Nachweistyp El. Element

signalisiert Anmerkungen

Buttons Das Betätigen von Buttons wird durch Setzen des Buttoninhalts in blaue Farbe und die Aus-

wahl eines Begriffs in einer Listbox durch diese Farbe symbolisiert. Rot markierte Buttons bzw. Mauszeiger kennzeichnen erforderliche Eingaben bzw. anzukli-ckende Buttons.

Index Indexstichworte werden im Text zum schnelleren Auffinden grün markiert. Beim Verweis auf Eigenschaftsblätter wird deren Bezeichnung kursiv gedruckt.

Double-Click Zweimaliges schnelles Betätigen der LMT blank Leerzeichen Cursor Schreibmarke in Texten, Zeigesymbol bei Mausbedienung icon oder Ikon, Piktogramm, Bildsymbol Fangerechteck Ein Fangerechteck wird durch Drücken der LMT und Ziehen der Maus mit gedrückter LMT auf-

gespannt. Alle Elemente, die vollständig innerhalb des Rechteckes liegen, werden ausgewählt. Waren Elemente bereits vor dem Aufspannen des Rechteckes ausgewählt und befinden sie sich vollständig in seinem Innenraum, werden sie wieder deaktiviert. Zur Definition der Begriffe Lastbild, Lastfall, Einwirkung, Lastkollektiv und Extremalbil-dungsvorschrift s. Handbuch das pcae-Nachweiskonzept, Theoretischer Teil. Die in der Interaktion mit pcae-Programmen stehenden Buttons besitzen folgende Funktionen: Bricht Eigenschaftsblätter ohne Änderung der Eingabewerte ab. Lädt abgespeicherte Werte in das Eigenschaftsblatt bzw. speichert die aktuellen Werte zum späteren Abruf in anderen Eigenschaftsblättern. Ruft das Online-Hilfesystem. Bestätigt die Eingaben und schließt das Eigenschaftsblatt. Löschen-Button vernichtet Eingaben mit Nachfrage. Wenn der Mauszeiger einen Moment auf einem Button verweilt, erscheint ein Fähnchen, das den zugehörigen Aufruf beschreibt. Die Buttons zur Steuerung der 4H-STAHL Eingabe, Berechnung und Ausgabe sind einheitlich für alle Detailnachweise. Ihre Funktionen werden durch die Fähnchen erläutert.

4H-STAHL– Typisierte Verbindungen 2

Inhaltsverzeichnis

1 Programminstallation und DTE®-Schreibtisch einrichten ...................................................................5 2 Ordner und Bauteil erzeugen ............................................................................................................7 3 Bauteile Typisierte Verbindungen....................................................................................................10

3.1 Pfettenstoß ...............................................................................................................................11 3.1.1 Bezeichnung .......................................................................................................................11 3.1.2 Einstufungsvoraussetzungen...............................................................................................11 3.1.3 Berechnung Momentenbeanspruchung...............................................................................12 3.1.4 Berechnung Querkraftbeanspruchung.................................................................................12 3.1.5 Geometrie ...........................................................................................................................13 3.1.6 Material und Verbindungsmittel ...........................................................................................13 3.1.7 Belastung ............................................................................................................................13 3.1.8 Berechnungsprotokoll..........................................................................................................14 3.1.9 Druckdokument ...................................................................................................................14

3.2 Rippenlose Lasteinleitung.........................................................................................................15 3.2.1 Bezeichnung .......................................................................................................................15 3.2.2 Einstufungsvoraussetzungen...............................................................................................15 3.2.3 Berechnung.........................................................................................................................16 3.2.4 Geometrie ...........................................................................................................................17 3.2.5 Material ...............................................................................................................................17 3.2.6 Belastung ............................................................................................................................17 3.2.7 Berechnungsprotokoll..........................................................................................................18 3.2.8 Druckdokument ...................................................................................................................18

3.3 Gelenkiger Trägeranschluss .....................................................................................................19 3.3.1 Bezeichnung .......................................................................................................................19 3.3.2 Einstufungsvoraussetzungen...............................................................................................20 3.3.3 Berechnung Winkelanschluss..............................................................................................20 3.3.4 Berechnung Stirnplattenanschluss ......................................................................................22 3.3.5 Geometrie ...........................................................................................................................23 3.3.6 Material und Verbindungsmittel ...........................................................................................24 3.3.7 Belastung ............................................................................................................................24 3.3.8 Berechnungsprotokoll..........................................................................................................24 3.3.9 Druckdokument ...................................................................................................................25

3.4 Stirnplattenstoß.........................................................................................................................26 3.4.1 Bezeichnung .......................................................................................................................26 3.4.2 Einstufungsvoraussetzungen...............................................................................................26 3.4.3 Berechnung.........................................................................................................................27 3.4.4 Geometrie ...........................................................................................................................30 3.4.5 Material und Verbindungsmittel ...........................................................................................31 3.4.6 Belastung ............................................................................................................................31 3.4.7 Berechnungsprotokoll..........................................................................................................32 3.4.8 Druckdokument ...................................................................................................................32

3.5 Gelenkiger Fußpunkt ................................................................................................................33 3.5.1 Bezeichnung .......................................................................................................................33 3.5.2 Einstufungsvoraussetzungen...............................................................................................33 3.5.3 Berechnung.........................................................................................................................34 3.5.4 Geometrie ...........................................................................................................................35 3.5.5 Material ...............................................................................................................................35 3.5.6 Belastung ............................................................................................................................35 3.5.7 Berechnungsprotokoll..........................................................................................................36 3.5.8 Druckdokument ...................................................................................................................36

3.6 Köcherfundament .....................................................................................................................37 3.6.1 Bezeichnung .......................................................................................................................37 3.6.2 Einstufungsvoraussetzungen...............................................................................................38

Inhaltsverzeichnis 3

3.6.3 Berechnung.........................................................................................................................38 3.6.3.1 Nachweisverfahren nach DASt-Ringbuch/Bär...............................................................38 3.6.3.2 Nachweiserfahren nach Mang/Koch/Stiglat/Seiler /11/ ..................................................40 3.6.3.3 Einspanntiefe I-förmiger Stahlprofile nach Kindmann/Stracke /5/ ..................................41

3.6.4 Geometrie ...........................................................................................................................42 3.6.5 Material ...............................................................................................................................43 3.6.6 Belastung ............................................................................................................................43 3.6.7 Berechnungsprotokoll..........................................................................................................44 3.6.8 Druckdokument ...................................................................................................................44

3.7 Materialdaten............................................................................................................................45 3.8 Verbindungsmittel .....................................................................................................................46 3.9 Bezeichnung der Schraubenbilder ............................................................................................46 3.10 DTE®-Viewer.............................................................................................................................47 3.11 Gesamtausdruck.......................................................................................................................47

4 Literaturverzeichnis .........................................................................................................................48 5 Index ...............................................................................................................................................49


1 Programminstallation und DTE®-Schreibtisch einrichten Die Installation des DTE®-Systems und das Überspielen des Programms 4H-STAHL auf Ihren Computer erfolgt über einen selbsterläuternden Installationsdialog. Sofern Sie bereits im Besitz anderer 4H-Programme sind und diese auf Ihrem Rechner installiert sind, lesen Sie bitte auf S. 7 weiter. Nach erfolgreicher Installation befindet sich das DTE®-Startsymbol auf Ihrer Windowsoberflä-che. Führen Sie bitte darauf den Doppelklick aus. Daraufhin erscheint das Eigenschaftsblatt zur Schreibtischauswahl. Da noch kein Schreibtisch vorhanden ist, wollen wir einen neuen einrichten. Klicken Sie hierzu bitte auf den Button neu.

Schreibtischname Dem neuen Schreibtisch kann ein beliebiger Name zur Identifikation zugewiesen werden. Klicken Sie hierzu mit der LMT in das Eingabefeld. Hier ist Mustermann gewählt worden.

Nach Bestätigen über das Hakensymbol erscheint wieder die Schreibtischauswahl, in die der neue Name bereits eingetragen ist. Drücken Sie auf Start, bestätigen Sie die installierten Prob-lemklassen über den Kreuz-Button und die DTE®-Schreibtischoberfläche erscheint auf dem Bildschirm. DTE® steht für DeskTopEngineering und stellt das "Betriebssystem" für pcae-Programme und die Verwaltungsoberfläche für die mit pcae-Programmen berechneten Bauteile dar.

Zur Beschreibung des DTE®-Systems und der zugehörigen Funktionen s. Handbuch DTE®-DeskTopEngineering.

Installation und Schreibtisch einrichten 5

DTE®-Schreibtisch

Steuerbuttons Im oberen Bereich des Schreibtisches sind Interaktionsbuttons lokalisiert.

Die Funktion eines Steuerbuttons ergibt sich aus dem Fähnchen, das sich öffnet, wenn sich der Mauscursor über dem Button befindet. Auf Grund der Kontextsensitivität des DTE®-Systems sind manche Buttons solange abgedun-kelt und nicht aktiv bis ein Bauteil aktiviert wird. Die Buttons bewirken: öffnet die Schreibtischauswahl legt einen neuen Projektordner an erzeugt ein neues Bauteil kopiert das aktivierte Bauteil fügt die Bauteilkopie ein lädt/sichert Bauteile. Hier befindet sich auch der e-Mail-Dienst. menügesteuerte Bearbeitung des aktivierten Bauteils druckt die Datenkategorien des aktivierten Bauteils ruft das Planerstellungsmodul des aktivierten Bauteils löscht das aktivierte Bauteil/Ordner öffnet die Bearbeitung der Auftragsliste öffnet die Mehrfachauswahl zur gleichzeitigen Bearbeitung von Bauteilen eröffnet Verwaltungsfunktionen schließt den geöffneten Ordner/beendet die DTE®-Sitzung.


2 Ordner und Bauteil erzeugen Durch Erzeugung eines Ordners besteht die Möglichkeit, Bauteile einem bestimmten Projekt zuzuordnen. Ein Ordner wird durch Anklicken des nebenstehenden Symbols erzeugt. Der Ord-ner erscheint auf dem Desktop und kann, nachdem ihm eine Bezeichnung und eine Farbe zu-geordnet wurden, per Double-Click aktiviert (geöffnet) werden. Aus dem Eintrag in der Schreibtischkopfzeile ist zu erkennen, in welchem Ordner sich die Akti-on aktuell befindet. Der Ordner kann durch das beenden-Symbol wieder geschlossen werden.

Zur Erzeugung eines neuen Bauteils wird das Schnellstartsymbol in der Kopfleiste des DTE®-Schreibtisches angeklickt. Klicken Sie in dem folgenden Eigenschaftsblatt bitte mit der LMT auf die Gruppe Einzelnachweise, dann auf die Problemklasse Detailnachweise und abschließend auf den erzeugen-Button.

Der schwarze Rahmen der neuen Bauteilikone lässt sich mit der Maus über den Schreibtisch bewegen. Klicken Sie die LMT an der Stelle, an der das Bauteil auf dem Schreibtisch platziert werden soll. Das Eigenschaftsblatt Name und Bezeichnung erscheint. Nach Doppelklick auf dem neuen Bauteilicon erscheinen die nachfolgend dargestellten Über-sichten der Detailnachweise. Klicken Sie das jeweils gekennzeichnete Icon mit der LMT an.

Ordner und Bauteil erzeugen 7

Übersicht Detailnachweise

Ringbuch

Pfettenstoß


Klicken Sie im folgenden Übersichtblatt den Nachweistyp mit der LMT doppelt an. Im Eigenschaftsblatt neue Position einrichten kann der Position eine beliebige Nummer und ein kennzeichnender Text zugewiesen werden.

neue Position

Im rechten Bereich erscheint die neue Position in einem Verzeichnis. Klicken Sie hier bitte doppelt auf den neuen Schriftzug(hier: Pfettenstoß). Daraufhin erscheint das Ü-bersichtsfenster des Nachweistyps Pfettenstoß.

Ordner und Bauteil erzeugen 9

3 Bauteile Typisierte Verbindungen Die Gruppe der Typisierten Verbindungen umfasst den Bearbeitungsumfang des DASt-Ringbuches Typisierte Verbindungen im Stahlhochbau, 2. Auflage 1979, mit Ergänzungen von 1984 /1/. Die dort ausgewiesenen Zahlenwerte basieren auf dem alten Nachweiskonzept und dürfen nicht mehr verwendet werden. Sie können daher auch nicht mit den Ergebnissen von 4H-STAHL verglichen werden. Die im DASt-Ringbuch beschriebenen Rechenverfahren sind jedoch weiter-hin gültig und bilden die Grundlage von 4H-STAHL, Typisierte Verbindungen.

Die Literaturquelle Bemessungshilfen für profilorientiertes Konstruieren, 3. Aufl. 1997, /13/ ist das Nachfolgewerk zum DASt-Ringbuch und basiert auf dem neuen Nachweiskonzept der DIN 18800 (90). Das Werk ist die Grundlage für die Bauteile Stirnplattenstoß und Rahmenecke.

Verbindungen mit symmetrischen Laschen und zweischnittig wirkenden Schrauben. Hier kön-nen Querkraftstöße oder biegesteife Stöße nachgewiesen werden. S. Abs. 3.1, S. 11 ff. Für Endauflager und Kreuzungen von Walzträgern werden Tragfähigkeiten mit zulässig über-tragbaren Kräften ohne zusätzlich erforderliche Aussteifungen berechnet. S. Abs. 3.2, S. 15 ff. Querkraftbeanspruchte Winkel- und Stirnplattenverbindungen (mit Ausklinkungen) werden für Anschlüsse von Deckenträgern an Unterzüge verwendet. S. Abs. 3.3, S. 19 ff. Stirnplattenverbindungen sind geeignet für biegesteife Stöße und Anschlüsse von Trägern und Stützen. S. Abs. 3.4, S. 26 ff. Stützenfüße und -verankerungen werden für die Auflagerung von Stützen auf Betonfundamen-ten verwendet. S. Abs. 3.5, S. 33 ff. Köcherfundamente finden Verwendung, um Stahlstützen im Betonfundament biegesteif einzu-spannen. S. Abs. 3.6, S. 37 ff.


3.1 Pfettenstoß

Verbindungen mit symmetrischen Laschen und zweischnittig wirkenden Schrauben entspre-chend der nachstehenden Prinzipskizze werden häufig für Pfettenstöße bei Dachkonstruktionen verwendet, wenn die Pfetten über ihre gesamte Länge biegesteif durchgeführt werden sollen. Die folgende Beschreibung gilt vorrangig für die Ausführungsform "biegesteif". Die Ausführungs-form "Querkraft" kann für Momentennullpunkte eingesetzt werden. Die Kennung dieser Stöße beginnt mit PQ (Pfettenstoß-Querkraftbeansprucht). Die Stoßausbildung erfolgt grundsätzlich über dem Auflager (Binderobergurt, Rahmenriegel). Durch konstruktive Maßnahmen, wie z. B. Pfettenstühle gemäß DASt-Ringbuch, ist sicherzu-stellen, dass die Auflagerkräfte direkt in die Pfetten eingeleitet werden. Deshalb sind die typisierten Stoßausführungen ohne zusätzliche Querkraftbeanspruchung für das vom Träger aufnehmbare Biegemoment M zu bemessen. Damit ersetzen die Stöße das volle Widerstandsmoment W

ydy,y Wf ⋅=

VF5.0 ⋅≥

y der Pfette.

3.1.1 Bezeichnung

Bezeichnung analog DASt-Ringbuch: PM F A H 16 E 14 PM Kennzeichen für Bauteilgruppe Pfettenstoß Momentenbeanspruchung F Laschenausführung, Flacheisen oder U-Profil A Ausführungstyp A, B oder C H 16 Schraubendurchmesser, H = Zusatz bei Güte 10.9 E Profilreihe, hier IPE 14 Profilnennhöhe in cm

3.1.2 Einstufungsvoraussetzungen

Voraussetzungen für die Einstufung als typisierte Verbindung gemäß DASt-Ringbuch /1/: - Pfetten aus Walzprofilen IPE 100-300 DIN 1025, Bl. 5, St 37 nach DIN 17100 - beidseitige Steglaschen aus Flacheisen 20 und 25 mm dick, 80 bis 260 mm breit oder U-

Profilen mit Nennhöhen 80 bis 240 mm aus St 37 nach DIN 17100 - Schrauben M16, M20 und M24 n. DIN 7990 in Güte 4.6 n. DIN 267, Bl. 3, und n. DIN 6914 in

Güte 10.9 n. DIN 267, Bl. 3, mit nicht planmäßiger Vorspannung ( mit FV nach DIN 18800, T. 1,Tab. 9, Sp. 2)

- Stoßausbildung ausschließlich über dem Auflager

Pfettenstoß 11

Bei stark geneigten Dächern sind die zusätzlichen Beanspruchungen in Querrichtung zu unter-suchen und als Laschen möglichst U-Profile zu verwenden.

3.1.3 Berechnung Momentenbeanspruchung

Die Bemessung der Stoßlaschen - Rechtecklaschen oder U-Profil - erfolgt nach der Bedingung . Pfette,ynStoßlasche,y WW ≥

ydy, Wf ⋅=

Q

aQMzul ⋅=

Das in der Pfette zulässige Biegemoment M wird von den Schrauben als ein Kräfte-paar aufgenommen, woraus sich je nach Ausführungstyp die auf eine Schraube entfallende Querkraft vorh Q ergibt. Der Schraubenabstand a lässt sich aus der Bedingung ermitteln.

zulQvorh ≤

Ausführungstyp A a

MzulQvorh =⇒

Ausführungstyp B ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+++⋅=

ae2aae2QMzul

2

( ) 22 eae

2aeMzul

Qvorh++

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅

=

aQMzul ⋅=

⇒

Ausführungstyp C

a2MzulQvorh⋅

=

mm80/70/50e =

⇒

Für die Schraubendurchmesser M16, 20 und 24 sind die Abstände festge-legt.

3.1.4 Berechnung Querkraftbeanspruchung

Ausführungstyp A be

bRmax2Qzul+

⋅⋅=

Ausführungstyp B

2

2

h4b

41

RmaxQzul

⋅+

=


3.1.5 Geometrie

Das Geometrieeigenschaftsblatt bietet neben den Auswahlbuttons für den Ausführungstyp die möglichen Standardprofile in einer Auswahlliste an. Weiterhin wird der Übertragungstyp - biegesteif oder querkraftbeansprucht - und die Stoßla-schenform - mit rechteckiger Steglasche oder mit U-Profil - abgefragt. Das Druckprotokoll kann in Kurzform die nötigen Eingabe- und Ergebnisparameter ausweisen oder im ausführlichen Ausdruck auch Zwischenergebnisse zeigen.

3.1.6 Material und Verbindungsmittel

Zur Beschreibung der Materialdaten s. Abs. 3.7, S. 45, und zu den Verbindungsmitteln Abs. 3.8, S. 46.

3.1.7 Belastung

Der Eingabebutton Belastung blendet das Eigenschaftsblatt zur Eingabe des Momentes Md beim Momentenstoß oder der Querkraft Vd beim Querkraftstoß als Bemessungsgrößen (De-signlasten) sowie des Materialsicherheitsbeiwertes γM ein.

Pfettenstoß 13

3.1.8 Berechnungsprotokoll

Durch Anklicken des Rechnen-Symbols werden die Eingaben einer Kontrolle unterzogen und die Berechnung durchgeführt. Im DTE®-Viewer wird das fertig gesetzte Druckprotokoll zur Einsichtnahme eingeblendet. Die In-teraktionselemente des DTE®-Viewers werden unter Abs. 3.10, S. 47, beschrieben. Im Folgenden sind die mit den Voreinstellungen erzeugten Ergebnisse für den Bauteiltyp Pfet-tenstoß abgedruckt.

3.1.9 Druckdokument

Durch Anklicken des Ausgabe-Symbols wird der Druckmanager geladen und die Ausgabe des gerade bearbeiteten Bauteils auf dem Drucker kann direkt erfolgen, ohne die Eingabeprozedur zu verlassen. Die Druckausgabe aller berechneten Bauteile kann auch komplett in einem Zuge erfolgen, so dass eine Gesamtliste aller zum Projekt gehörenden Bauteile in einem Arbeitsgang erzeugt wird (s. Abs. 3.11, S. 47).


3.2 Rippenlose Lasteinleitung

Für Endauflager und Kreuzungen von Walzträgern werden Tragfähigkeiten mit zulässig über-tragbaren Kräften ohne zusätzlich erforderliche Aussteifungen berechnet. Die Verstärkung der örtlich begrenzten Krafteinleitungsstellen durch Rippen mit ihren arbeitsintensiven Einbau- und Anpassungsarbeiten entfällt.

3.2.1 Bezeichnung

Rippenlose Endauflager sind für jedes Walzprofil und Trägerkreuzungen für sämtliche Träger-kombinationen durch die alphanumerische Code-Nr. eindeutig identifizierbar: Bezeichnung analog DASt-Ringbuch: IR E 24 M 60 IR Rippenlose Trägerverbindungen für I-Profile E Kennzeichen für Trägerreihe des oberen Profils, IPE 24 Nennhöhe des oberen Profils in cm M Trägerreihe unteres Profil oder Konsole, HEM 60 Nennhöhe unteres Profil in cm oder Maß ü bzw. a/2 in mm


Voraussetzungen für die Einstufung als typisierte Verbindung gemäß DASt-Ringbuch /1/: Es gelten die Voraussetzungen gem. DIN 18800, El. (503). - Bei geschweißten Profilen und Walzprofilen mit I-Querschnitt dürfen Kräfte ohne Aussteifun-

gen eingeleitet werden, wenn - der Betriebsfestigkeitsnachweis nicht maßgebend ist, - der Trägerquerschnitt gegen Verdrehen und seitliches Ausweichen gesichert ist - der Tragsicherheitsnachweis n. El. 744 geführt wird.

- Walzprofile nach DIN 1025, St 37 nach DIN 17100. - Die Anwendung rippenloser Krafteinleitungen ist auf Bereiche biegedruck- oder geringfügig

biegezugbeanspruchter Trägerflansche beschränkt, da Biegespannungen im Trägerflansch eine Abminderung der Tragfähigkeit bei örtlicher Lasteinleitung bewirken können.

Rippenlose Lasteinleitung 15

3.2.3 Berechnung

Die Berechnung basiert auf DIN 18800, Teil 1, El. 744: Die Grenzkraft FR,d ist für Walzprofile wie folgt zu berechnen:

k,yx f>σFür σx und σz mit unterschiedlichen Vorzeichen und

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ σ⋅−⋅⋅⋅⋅

γ=

k,y

xk,y

Md,R f

5.025.1fls1F

für alle anderen Fälle

k,yM

d,R fls1F ⋅⋅⋅γ

= , mit

σx Normalspannung im maßgebenden Schnitt des Trägers s Stegdicke l mittragende Länge

Lagerkraft Einleitung Auflagerkraft am Trägerende

Einzellast Einleitung Einzellast im Feld oder Lagerkraft an Zwischenstütze

Trägerkreuz Träger auf Träger


3.2.4 Geometrie

Die Geometriedaten bestimmen die Konstruktionsform und legen die verwendeten Stahlprofile fest. Für die Krafteinleitung im Auflagerbereich sind das Trägerprofil und die Breite der Lagerkon-struktion anzugeben. Durch Umschalten von Kreuzung auf Auflager wird alternativ das Eigenschaftsblatt für die Krafteinleitung eines Deckenträgers in einen Unterzug eingeblendet. Durch Anklicken der Pfeilsymbole neben den Eingabezeilen für die Profil-Träger erscheint die Auswahl der für den Nachweis der rippenlosen Trägerverbindungen zugelassenen Walzprofile.

3.2.5 Material

Zur Beschreibung der Materialdaten s. Abs. 3.7, S. 45.

3.2.6 Belastung

Der Eingabebutton Belastung blendet das Eigenschaftsblatt zur Eingabe der Auflagerkraft FA,R,d oder der einzuleitenden Kraft FK,R,d als Bemessungsgrößen (Designlasten) und des Mate-rialsicherheitsbeiwertes γM ein.

Rippenlose Lasteinleitung 17


Durch Anklicken des Rechnen-Symbols werden die Eingaben einer Kontrolle unterzogen und die Berechnung durchgeführt. Im DTE®-Viewer wird das fertig gesetzte Druckprotokoll zur Einsichtnahme eingeblendet. Die In-teraktionselemente des DTE®-Viewers werden unter Abs. 3.10, S. 47, beschrieben. Im Folgenden sind die mit den Voreinstellungen erzeugten Ergebnisse für den Bauteiltyp Rip-penlose Lasteinleitung abgedruckt.

3.2.8 Druckdokument



3.3 Gelenkiger Trägeranschluss

Winkelanschlüsse Querkraftbeanspruchte Winkelverbindungen werden im Stahlskelettbau für Anschlüsse von Deckenträgern an Unterzüge häufig verwendet, um etwa vorhandene Walz- und Fertigungstole-ranzen durch das Lochspiel in den Schraubenlöchern während der Montage auszugleichen.

Stirnplattenanschlüsse Querkraftbeanspruchte Stirnplattenverbindungen werden für Anschlüsse von De-ckenträgern an Unterzüge bzw. von Unterzügen an Stützen wegen der guten Zentrierung der Auflagerkraft im Anschluss verwendet. Die Stirnplatte wird mit beidseitigen Kehlnähten am Deckenträger angeschweißt und mit zwei vertikalen Schraubenreihen dem anzuschließenden Bauteil verschraubt. Der Stirnplattenan-schluss besitzt ausreichendes Verformungsvermögen, so dass er als nur querkraftbeansprucht angesehen werden kann.

Ausklinkungen werden im Stahlskelettbau für Anschlüsse von Deckenträgern an Unterzüge erforderlich, sofern die Flanschkoten von beiden Profilen gleich hoch liegen müssen.

3.3.1 Bezeichnung

Die Bezeichnung erfolgt analog zum DASt-Ringbuch. Ausklinkung IK 1 E 24 6.13

IK Ausklinkung für I-Träger 1 Ausklinkungstyp E Profilreihe, hier IPE 24 Profilnennhöhe in cm 6 Ausklinkungshöhe in cm 13 Ausklinkungslänge in cm

Gelenkiger Trägeranschluss 19

Winkelanschluss IW 24 13 IW I-Trägeranschluss mit Winkeln 24 Schraubendurchmesser d 13 Anzahl der Schrauben im Trägeranschluss 1. Ziffer: Anz. in horizontaler Richtung 2. Ziffer: Anz. in vertikaler Richtung

Stirnplattenanschluss IS 24 8 15 IS I-Trägeranschluss mit Stirnplatte 24 Schraubendurchmesser d 8 Anzahl der Schrauben in der Stirnplatte 15 Schraubenabstand in horizontaler Richtung in cm


Ausklinkung Voraussetzungen für die Einstufung der Ausklinkungen als typisierte Verbindung gemäß DASt-Ringbuch /1/: - Walzträger IPE, IPEa, IPEo, IPev, HEA, HEAA, HEB und HEM n. DIN 1025, Bl. 2 bis 5, bzw.

EURONORM 19-57 und 53-62. - Stahlsorten n. DIN 17100 bzw. EURONORM 25-72 - Anschluss Deckenträger/Unterzug nur durch Querkraft beansprucht, d.h. Deckenträger beid-

seitig gelenkig gelagert - Deckenträger im nichtausgeklinkten Bereich gegen Verdrehen kontinuierlich gesichert und

somit in diesem Bereich nicht kippgefährdet - n. DIN 1000, Ausgabe 12.73, 4.26, sind einspringende Ecken und Ausklinkungen z.B. durch

Anbohren auszurunden. Für sämtliche Profile wurde dafür ein einheitlicher Durchmesser von 17 mm festgelegt. Die entsprechenden Ausklinkungstypen sind IK1, IK2, IS1 und IS2.

- außerdem können die Tragfähigkeiten unter der Annahme, dass die Ausklinkungen ausge-rundet sind, berechnet werden. Damit ergeben sich für die Ausklinkungstypen IK3, IK4, IS3 und IS4 entsprechend höhere Werte als für die Typen mit Ausbohrung.

Winkelanschluss Voraussetzungen für die Einstufung der Winkelanschlüsse IW16, IW20 und IW24 als typi-sierte Verbindung gemäß DASt-Ringbuch /1/:

- Walzträger s.o. - Träger als Einfeldbalken beidseitig gelenkig gelagert. - Anschlusswinkel L90x9, L100x10, L100x12, L120x12 n. DIN 1028

L130x90x10, L180x90x10, L180x100x12, L200x100x12 n. DIN 1029 Stirnplattenanschluss Voraussetzungen für die Einstufung der Stirnplattenanschlüsse IW16, IW20 und IW24 als

typisierte Verbindung gemäß DASt-Ringbuch /1/: - Walzträger s.o. - Stirnplatten einheitlich 10 mm dick aus St nach DIN 17100 - Schrauben M16, M20 und M24 n. DIN 7990 in Güte 4.6 n. DIN 267, Bl. 3 - Kehlnähte mit Nahtdicken . mm5bis3aS =

3.3.3 Berechnung Winkelanschluss

Die Berechnung erfolgt unter Einbeziehung von DIN 18800. Für die Berechnung der zulässigen Anschlussquerkraft am Deckenträger wird die Querkraft gleichmäßig auf die Schrauben des Anschlusses verteilt. Die Horizontalkräfte aus dem Exzent-rizitätsmoment werden linear anwachsend entsprechend dem polaren Trägheitsmoment des Schraubenbildes verteilt. Bei zweireihigen Schraubenverbindungen ergibt sich aus dem Versatzmoment eine zusätzliche Vertikalkraft NV,M.

Vertikalkomponente nAN Q,V =

TeA ⋅=

Horizontalkomponente aus Querkraftexzentrizität

M p

M,H IhMN ⋅

=

∑= 2p rI Polares Trägheitsmoment


Zusätzliche Vertikalkomponente bei zweireihigem Schraubenbild

pM,V I

vMN ⋅=

( )

2M,H

2M,VQ,VR NNNN ++=Damit ergibt sich die maximale Schraubenscherkraft

Im Versagenszustand ist NR gleich der aufnehmbaren Kraft zul PSL (ergibt sich aus den zul. Schraubenkräften für Abscheren und Lochleibungsdruck).

2

p

T2

p

T

SLT

Ihe

n1

Ive

PzulQzul

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⋅+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

⋅

=

ueAM ⋅=

∑= HiN

u0i evv ⋅ϕ−= ii hu ⋅ϕ= 0v⋅β=ϕ

Das im Unterzuganschluss auftretende Moment aufgrund der Auflagerexzentrizität

wird durch die horizontalen Schraubenzugkräfte und die Druckkraft D aufgenommen. Durch Begrenzung der Fuge zwischen Unterzug- und Stützensteg wird die Ausbildung des Druckpunktes an den oberen Winkelkanten sichergestellt.

Berechnungsmodell

( ) u0i e1vv ⋅β−⋅=

i0i hvu ⋅β⋅=

( ) ( )2i2

u02i

2ii he1vuvs ⋅β+⋅β−⋅=+=

( ) ( )i0i svs ⋅= 22i 1s −=

constNNNNN Rk,Ri,R2,R1,R =====

iu he ⋅β+⋅β

Annahmen Der Winkel wird im Traglastzustand nirgends über die Fließgrenze hinaus beansprucht und

sämtliche Schrauben kommen zum Fließen.

Nach dem Prinzip der virtuellen Verrückungen ergibt sich

∑ ∑ ∑⋅⋅=⋅==⋅ i0RiRi,R0 svNsNNv2A

∑== iR sN2

Qzul2A

Zu bestimmen ist das Verhältnis 0v

0H =∑ ∑ i,HN

0V =∑

* ϕ=β , das die Gleichgewichtsbedingungen erfüllt.

=D

∑N == i,V2Qzul

2A

0M0 =∑ ∑

∑ ⋅=⋅ ii,Vi,Vu hHNe


Damit ergeben sich die Schraubenkraft-Komponenten

Ri

uR N

smine*1N ⋅⋅β−

=i

ii,V smin

vN ⋅= Ri

iR

i

ii,H N

sminh*N

sminuN ⋅

⋅β=⋅=

und die zulässige Anschlussquerkraft und vorh. Kontaktpressung

∑ ∑ ⋅β−⋅⋅=⋅=

i

uRi,VU smin

e*1N2N2Qzul ∑ ∑ ⋅β⋅=

i

iRi,H smin

h*NN =Dvorh

SLPzulnQzul ⋅=

TpTR shzulVzul ⋅⋅τ=

3.3.4 Berechnung Stirnplattenanschluss

Der Größtwert der Anschlussquerkraft zul Q wird zum einen durch den Schraubenanschluss am Unterzug und zum anderen durch die Verschweißung am Deckenträgersteg festgelegt. Die zulässig übertragbaren Schraubenkräfte bei Beanspruchung auf Abscheren und Lochleibung sowie die Blechdicke des Unterzuges sind Bestimmungsgrößen. Die Stirnplattendicke ist in der hier stets einschnittigen Verbindung so bemessen, dass die Beanspruchung auf Lochleibungsdruck nicht maßgebend wird. Mit der Schraubenanzahl n und der zul. Schraubenkraft ergibt sich die übertragbare An-schlussquerkraft

Im Schweißnahtanschluss am Deckenträger wird die Bedingung

maßgebend.

31.1

fzul k,y

⋅=τ

SLQzulQzul =

=

(126 bzw. 189) N/mm2

hp Höhe der Stirnplatte und sT Stegdicke des Trägers.

Damit sind die Größtwerte nicht immer voll nutzbar.

Die Nahtdicken aS im Anschluss der Stirnplatte an den Deckenträgersteg sind ausreichend dick für die Übertragung von zul Q aus der Schraubenverbindung gewählt. Zulässige Beanspruchung in den Schweißnähten nach DIN 18800: Unter der Voraussetzung, dass die Stirnplatte auch in der Ausrundung zwischen Deckenträger und -flansch mit einer Schweißnaht angeschlossen ist, darf auch hier l angenommen werden. pw h

Folgende Ausklinkungstypen sind zu unterscheiden: - keine Ausklinkung - einseitige Ausklinkung - beidseitige Ausklinkung Die Tragfähigkeitswerte für die typisierten Ausklinkungen decken nur den ausgeklinkten Bereich ab; d.h. die Spannungsnachweise für den ungeschwächten Träger sind zusätzlich zu führen. Außerdem werden ggf. Schraubenlöcher bei Anschlüssen gesondert berücksichtigt. Aus der Tragfähigkeit ergibt sich ein Wert für zul Q, der entweder der vorhandenen Belastung gegen-übergestellt oder der Bemessung des Anschlusses zugrunde gelegt wird. Im ausgeklinkten Bereich werden die dargestellten Spannungsverteilungen angenommen.


Biegespannungsnachweis für den einfach ausgeklinkten Träger

( )o

xD ra

IzulQzul⋅

⋅σ= mit ( ) bt'hsF +−⋅= t⋅ 2t

Ft'hs

2'h'hro −

−⋅⋅−=

( ) ( ) 23

x 12t'hs

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⋅−⋅⋅⋅

+−⋅

=2'h

Ft'hstbI

Biegespannungsnachweis für den doppelt ausgeklinkten Träger

a6s'hzulQzul

2

D⋅

⋅⋅σ=

Schubspannungsnachweis für

- einfach ausgeklinkten Träger x

x2 S

sIzulQzul ⋅⋅τ=

- doppelt ausgeklinkten Träger 5.1s'hzulQzul 2⋅

⋅τ=

σ≥ zulV

3zulzul V ⋅τ≥σDer Vergleichspannungsnachweis wird für σ und nicht maßgebend.

3.3.5 Geometrie

Der Anschluss kann alternativ mit Winkel oder Stirnplatte ausgeführt werden. Hierfür sind die Profilnamen von Haupt- und Querträger und ggf. des Winkels anzugeben. Die Ausklinkungstypen IK0-IK4 gelten für den Winkelanschluss, die Typen IS0-IS4 entspre-chend für den Stirnplattenanschluss. Der Berechnungsmodus Bemessung nach legt fest, ob der Nachweis für die vorgegebene Be-lastung geführt wird oder die maximal vom Anschluss übertragbare Kraft ermittelt wird. Die Berechnung erfolgt unter Einbeziehung der Ausklinkung, so dass die Randabstände genau berechnet werden können. Durch Anklicken der Pfeilsymbole neben den Eingabezeilen für die Profil-Träger erscheint die Auswahl der für den Nachweis des gelenkigen Trägeranschlusses zugelassenen Walzprofile (s. S. 17).




3.3.7 Belastung

Der Eingabebutton Belastung blendet das Eigenschaftsblatt zur Eingabe der Kraft Vd als Be-messungsgröße (Designlasten) und des Materialsicherheitsbeiwertes γM ein.


Durch Anklicken des Rechnen-Symbols werden die Eingaben einer Kontrolle unterzogen und die Berechnung durchgeführt. Im DTE®-Viewer wird das fertig gesetzte Druckprotokoll zur Einsichtnahme eingeblendet. Die In-teraktionselemente des DTE®-Viewers werden unter Abs. 3.10, S. 47, beschrieben. Im Folgenden sind die mit den Voreinstellungen erzeugten Ergebnisse für den Bauteiltyp Ge-lenkiger Trägeranschluss abgedruckt.


3.3.9 Druckdokument



3.4 Stirnplattenstoß

Stirnplattenverbindungen sind geeignet für biegesteife Stöße und Anschlüsse von Trägern und Stützen mit I-Querschnitten und Abmessungen im Rahmen von DIN 1025, Bl. 2 bis 5. Für Stirnplattenverbindungen sind weder Schweißkantenvorbereitungen am Trägerende (Kehl-nahtverbindung) noch die Herstellung gleitfester Berührungsflächen erforderlich. Sie sind ein-fach zu montieren und bieten je nach Ausbildung volle oder teilweise Tragfähigkeit des gesto-ßenen bzw. angeschlossenen Trägers.

3.4.1 Bezeichnung

Bezeichnung analog DASt-Ringbuch: IH 1 A 26 24 IH Kennzeichen für Bauteilgruppe 1 Kennzeichen für Stirnplattenform 1 bündig, 2 vertikale Schraubenreihen 2 bündig, 4 vertikale Schraubenreihen 3 überstehend, 2 vertikale Schraubenreihen 4 überstehend, 4 vertikale Schraubenreihen A Kennzeichen für Profilreihe, hier (HE)A 26 Profilnennhöhe in cm 24 Schraubendurchmesser d (mm) in der Stirnplatte


Voraussetzungen für die Einstufung von Stirnplattenverbindungen als typisierte Verbindung gemäß DASt-Ringbuch /1/: - vorwiegend ruhende Beanspruchung der zu verbindenden Bauteile - Walzträger n. DIN 1025, Bl. 2, 3 und 5 aus St 37 - Stirnplatten aus RSt 37-2 bzw. St 37-3 n. DIN 17100 - vorgespannte hochfeste Schrauben n. DIN 6914, Festigkeitskl. 10.9 DIN 267, Bl. 3. - bei der Ausführung der Stirnplattenverbindungen ist DIN 18800 zu beachten. Für die

Schrauben sind feste Rand- und Lochabstände vorgesehen. Für den Zustand der Berüh-rungsflächen der zu verbindenden Bauteile gilt DIN 1000, Dez. 1973, Abschnitt 4.3.2.1. Eine Vorbereitung wie bei gleitfesten Verbindungen ist nicht erforderlich.

- Verbindungen mit überstehenden Stirnplatten verhalten sich bei Bemessung für das volle Trägermoment nur geringfügig weicher (Verdrehung infolge Biegemoment M) als direkt mit-einander verschweißte Träger. Ein Einfluss der Verformungen in der Verbindung auf die Schnittgrößen z.B. in statisch unbestimmten Tragwerken braucht deshalb nicht berücksich-tigt zu werden. Verbindungen mit bündigen Stirnplatten sind insbesondere bei mittleren und größeren Trägerhöhen nachgiebiger als solche mit überstehenden Stirnplatten. Die hieraus resultierenden Schnittgrößenumlagerungen im Tragwerk sind in Sonderfällen, z.B. bei der


Ermittlung der Gesamtstabilität von seitlich verschieblichen Rahmentragwerken, zu berück-sichtigen. Da Zahlenangaben über die dazu erforderlichen Federwerte nur begrenzt vorlie-gen und die Steifigkeit der Verbindung mit zunehmendem Biegemoment abnimmt, sind bün-dige Stirnplatten für derartige Konstruktionen möglichst zu vermeiden. Stirnplattenverbin-dungen in Tragwerken, die nach dem Verfahren plast.-plast. berechnet wurden, können nur im Bereich von M nachgewiesen werden. elM<

- bündige Stirnplatten dürfen nur bei Durchlaufträgern verwendet werden. - bei Trägeranschlüssen an Stützen gelten Mindestdicken für die Stützenflansche. - die Berechnungsmodelle für Stirnplattenverbindungen sind mit den in Versuchen festgestell-

ten Traglasten abgeglichen. Zur Anwendung dieser Berechnungsverfahren auf die nicht in den Traglastversuchen erfassten Walzprofile müssen diese folgender Bedingung genügen:

15.0II

gesamt

Steg ≤ ISteg Trägheitsmoment Trägersteg Igesamt T. Träger

Unter diesen Voraussetzungen erfolgt die Übertragung eines Biegemomentes wie bei Walz-trägern vornehmlich durch die Flansche.

3.4.3 Berechnung

Die Berechnung des Stirnplattenanschlusses ist wegen der diversen Versagensmöglichkeiten innerhalb der Verbindungsbauteile Anschlussträger, Stütze, Stirnplatte, Schrauben und Schweißnähte ein iterativer Prozess. Die Abmessungen der Stirnplatte richten sich nach der Trägerhöhe, der Trägerflanschbreite, den Schraubenabständen und Überständen. Die Stirnplatte ist für die Lage des Trägers (a-Werte) und für die Bohrungen der Schraubenlöcher (e- und w-Werte) vermaßt. Ein Überstand der Stirnplatte ist zweckmäßig, um Walztoleranzen des Trägers aufzufangen und die äußeren Kehlnähte an den Trägerflanschen einwandfrei schweißen zu können. Für die Berechnung überstehender und bündiger Stirnplatten werden nachstehend beschriebe-ne Berechnungsmodelle benutzt (/13/ und /18/).

Berechnungsmodell für überstehende Stirnplatten Vorwerte:

4dD

32aac P

F11+

−⋅−= 13 ec = und

4

db1.1M2P

Pd,Rd,pl,1 ⋅⋅σ⋅= ( ) und 4

ddnb1.1M2P

LPd,Rd,pl,2 ⋅⋅−⋅σ⋅=

Stirnplattenstoß 27

Im Versagenszustand 1 versagen die Schrauben, und die Stirnplatte ist im Schnitt 1-1 durch-plastifiziert.

( )3d,Rd,pl,113

1t cNnMcc

2Z ⋅⋅+⋅+

=

Im Versagenszustand 2 ist die Stirnplatte in den Schnitten 1-1 und 2-2 durchplastifiziert.

( )d,pl,2d,pl,11

2t MMc2Z +⋅=

( ) d,y,eltA,y MthZM ≤−⋅= . Das Grenzanschlussmoment beträgt

Berechnungsmodell für bündige Stirnplatten

Vorwerte:

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ +−−−=2

d4Dtüec P

41 und P3 d2Dc +=

( )4tb1.12

d,Rd, ⋅⋅σ⋅= M pl,1 d,Rd,pl tbZ σ⋅⋅=, und 4

ddnb1.12PLP

d,Rd,pl,2⋅⋅−

⋅σ⋅=

d,pl1t ZZ ≥

M

Im Versagenszustand 1 versagen die Schrauben, und der Zugflansch ist im Schnitt 1-1 durch-plastifiziert ( ).

d,R13

31t Nn

cccZ ⋅⋅+

=

Im Versagenszustand 2 sind der Zugflansch im Schnitt 1-1 und die Stirnplatte im Schnitt 2-2 durchplastifiziert.

3

d,pl,2d,R

1

d,pl,22t c

MNn

cM

Z −⋅≤=

d,pl3t ZZ <

Im Versagenszustand 3 versagen die Schrauben, und der Zugflansch ist im Schnitt 1-1 durch-plastifiziert ( ).

( )( ) ( )⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⋅⋅+⋅

⋅++++−⋅

⋅= 3d,Rd,pl,12

d,pl

d,pl,123131

d,pl,1

2d,pl

3t cNnMZ

M4cccc

M2Z

Z

Im Versagenszustand 4 sind der Zugflansch im Schnitt 1-1 und die Stirnplatte im Schnitt 2-2 durchplastifiziert.

( )⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ +⋅⋅++−⋅

⋅= 2

d,pl

d,pl,2d,pl,1d,pl,1211

d,pl,1

2d,pl

4tZ

MMM4cc

M2Z

Z

(Das Grenzanschlussmoment beträgt ) d,y,eltA,y MthZM ≤−⋅=

MzulMzulMzul 2A,y1A,y ==

.

Für Verbindungen mit überstehender Stirnplatte ergeben sich je nach Vorzeichen des Träger-momentes unterschiedliche Tragfähigkeiten. Die Werte zul My,A1 und zul My,A2 werden angege-ben.

Für bündige Stirnplatten ist .

Desgleichen wird die zulässige Querkraft zul Vz,A ermittelt.


Die Maßangaben für Stirnplattenabmessungen und Lochbild beziehen sich jeweils auf das an-gegebene Trägerprofil. Bei Anschlüssen von Trägern an Stützen sind das Wurzelmaß w und das entsprechende Maß c auf das Maß des Stützenprofils abzustimmen; die Konstruk-tionsbedingung lautet: c .

sr2 +⋅+⋅= sr2

Stirnplattendicke und Schraubendurchmesser beeinflussen sich in ihrem Tragverhalten gegen-seitig. Dickere Stirnplatten haben geringere, dünnere Stirnplatten größere Schraubenkräfte zur Folge. Die Abmessungen von Stirnplatte und Schrauben sind so aufeinander abgestimmt, dass keines der beiden Teile frühzeitig versagt. Für die gewählten Abmessungen ist im Gebrauchs-zustand im Allgemeinen eine Restklemmkraft in der Fuge vorhanden. Um diese Forderungen auch bei HV-Stirnplatten-Verbindungen zu erfüllen, die nicht in dem Profilbuch geregelt sind, kann hilfsweise die nachstehende einfache Konstruktionsregel ange-wendet werden. Die Schweißnähte zur Verbindung von Trägerflanschen und Stirnplatte sind im Allgemeinen als Kehlnähte auszuführen. Bei Anschluss des vollen Trägermomentes sind die Nahtdicken

2ta T

F = und 2

as =s im anzuschließenden Stegzugbereich auf

2bt (halbe Trägerflanschbreite)

vorzusehen. Die Stegkehlnähte aS werden im übrigen Bereich n. DIN 18800, El. 825, bemes-sen.

Stützenflansch In Rahmenkonstruktionen dürfen Stirnplatten-Verbindungen mit hochfesten vorgespannten Schrauben zur Verbindung Riegel-Stütze verwendet werden. Der dem Anschluss zugewandte Stützenflansch erhält dann zusätzlich zu den Beanspruchungen aus Druckkraft und Biegemo-ment in der Stütze Beanspruchungen aus der Stirnplatte. Traglastversuche haben gezeigt, dass einerseits der Stützenflansch dünner ausgeführt werden kann als die Stirnplatte und andererseits die Längsspannungen aus Druckkraft und Biegemo-ment in der Stütze keinen wesentlichen Einfluss auf die Versagenslast im Stützenflansch aus-üben. Jedoch sind bei abnehmenden Stützenflanschdicken zunehmende Verformungen im An-schluss zu erwarten. Die Schraubenkräfte Z beanspruchen den Stützenflansch auf Biegung, wobei beim ausgesteif-ten Anschluss eine Einspannung am Stützensteg und an der Aussteifungsrippe angenommen werden kann. Beim rippenlosen Anschluss erfolgt die Einspannung lediglich am Stützensteg. Die nachstehenden Konstruktionsregeln für die Mindestdicke t der Stützenflansche wurden durch Auswertung von Traglastversuchen ermittelt.


Ist die Mindestdicke t für den Stützenflansch nicht eingehalten, sind folgende baulichen Maß-nahmen zu treffen:

Rippenloser Anschluss Einschweißen von Rippen im Bereich der Trägerflansche. Es dürfen dann die Werte min t des ausgesteiften Anschlusses nach obiger Tabelle benutzt werden.

Tragfähigkeitswerte im Stützenblech s. rippenlose Verbindungen. AMzul

TrägerA MMzul <

t <

Bei werden bauliche Maßnahmen für den ausgesteiften Anschluss empfohlen.

Ausgesteifter Anschluss Im Zugbereich sind zusätzliche Futter unter den Schrauben anzuordnen. Die Futter sind unter Berücksichtigung der Maße a1 und aF so groß wie möglich auszuführen. Bei bündi-gen Stirnplatten sind nur die unteren Futter anzuordnen.

Verstärkung der Stützenflansche bei ausgesteiftem Anschluss

Stützenflanschdicken sind in jedem Fall zu vermeiden. Der Stützensteg im Bereich des Trägeranschlusses ist für Z

pd5.0 ⋅

t auf Schub nachzuweisen. Gebrauchsfähigkeitsnachweis Bei biegesteifen Stirnplattenanschlüssen ist sicherzustellen, dass die auftreten-

den Verformungen in elastischen Größenordnungen bleiben. Der Nachweis im Gebrauchszu-stand stellt den Verbleib einer Restklemmkraft zwischen Stirnplatte und angrenzendem Bauteil im Bereich der zugbeanspruchten Schrauben sicher. Der Nachweis wird für die Anschlusstypen nach folgenden Formeln geführt:

Typ IH1: V2k,1y F8.022tahM ⋅⋅⋅⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ −−≤ ; My2,k analog

Typ IH2: V2k,1y F8.06.32tahM ⋅⋅⋅⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ −−≤

( ) Vk,1y F8.04thM ⋅⋅⋅−≤

( ) Vk,1y F8.02.7thM ⋅⋅⋅−≤

; My2,k analog

Typ IH3: ; My2,k analog zu IH1

Typ IH4: ; My2,k analog zu IH2

3.4.4 Geometrie


Profil- und Anschlusstyp (IH1, IH2, IH3, IH4) sind festzulegen. Die Steuerung der Ausführungsart erfolgt über den Schalter Stoß/Anschluss: Stoß Trägerstoß

Anschluss Stütze mit angeschraubtem Träger.

Stirnplattendicke Dicke der Stirnplatte wird übernommen 0dp >

Dicke der Stirnplatte wird vom Programm berechnet 0dp =

Die Angaben für das Stützenprofil dienen zur Überprüfung des Anschlusses an die Stütze. Der Wert hPr wird zur Bemessung der Rippen an der Stütze benötigt; tPr ist die Dicke des Stützen-flansches. Die Anschlussberechnung kann alternativ ausgeführt werden: - Berechnung der max. aufnehmbaren Schnittgrößen des ausgewählten Stoßes oder - Ausnutzung des Stoßes durch vorgegebene Belastung. Die Stirnplattendicke dp wird automatisch nach dem DASt-Ringbuch gesetzt und dabei über-prüft, ob der Anschlusstyp IHx vorgesehen ist. Ansonsten werden die Parameter entsprechend den Empfehlungen ermittelt und der Anschluss als "nicht typisiert" definiert.

Der Benutzer muss sich im Falle "nicht typisiert" über die Zulässigkeit des Anschlusses und dessen Bemessungsannahmen im Klaren sein. Somit kann der Anwender den Anschluss ab-weichend vom Ringbuch nach seinen Vorstellungen modellieren.

Durch Anklicken des Pfeilsymbols neben der Eingabezeile für den Profil-Träger erscheint die Auswahl der für den Nachweis biegesteifer Kopfplattenstöße zugelassenen Walzprofile (s. S. 17).



3.4.6 Belastung

Der Eingabebutton Belastung blendet das Eigenschaftsblatt zur Eingabe der Vertikalkraft Nd, der Horizontalkraft Vd, des Momentes Md als Beanspruchungskombination (Designlasten) und des Materialsicherheitsbeiwertes γM ein.



Durch Anklicken des Rechnen-Symbols werden die Eingaben einer Kontrolle unterzogen und die Berechnung durchgeführt. Im DTE®-Viewer wird das fertig gesetzte Druckprotokoll zur Einsichtnahme eingeblendet. Die In-teraktionselemente des DTE®-Viewers werden unter Abs. 3.10, S. 47, beschrieben. Im Folgenden sind die mit den Voreinstellungen erzeugten Ergebnisse für den Bauteiltyp Stirn-plattenstoß abgedruckt.

3.4.8 Druckdokument



3.5 Gelenkiger Fußpunkt

Stützenfüße und -verankerungen entsprechend nachstehender Prinzipskizze werden im Stahl-skelettbau für die Auflagerung von Stützen auf Betonfundamenten verwendet.

3.5.1 Bezeichnung

Bezeichnung analog DASt-Ringbuch: SF B E 14 SF Kennzeichen für Bauteilgruppe, Stützenfuß B Kennzeichen für profilbündige Fußplatte E Kennzeichen für Profilreihe, hier IPE 14 Profilnennhöhe in cm SF Ü 28 B 30 3 4 3 SF Kennzeichen für Bauteilgruppe, Stützenfuß Ü Kennzeichen für Überstehende Fußplatte 28 Ankerlochdurchmesser in mm B Kennzeichen für Profilreihe, hier HEB 30 Profilnennhöhe in cm 3 Fußplattenbreite bp in dm 4 Fußplattenlänge lp in dm 3 Fußplattendicke dp in cm


Voraussetzungen für die Einstufung Fußplatten-Stützenprofil-Kombinationen als typisierte Ver-bindung gemäß DASt-Ringbuch /1/: - beidseitig gelenkige Lagerung der Stützenenden, Horizontalkraft nur über Reibung, Ein-

spannung bei Verwendung der profilbündigen Stirnplatten als Köcherfundamente ist geson-dert nachzuweisen

- axiale Belastung der Stützen, zusätzliche Biegemomente bei Verwendung der profilbündigen Stirnplatten als Köcherfundamente sind gesondert nachzuweisen

- Walzprofile n. DIN 1025, Bl. 2 bis 5, aus St 37 n. DIN 17100 für einen Nennhöhenbereich mm600bis140h =

- Betongüten der Fundamente n. DIN 1045, Juli 88, Tab. 1, Rechenwerte βR der Betondruck-festigkeit entspr. Tab. 12. Für die Anwendung des Programms nach DIN 1045-1 (01/2001) wurden hier die neuen Fes-tigkeitsklassen und die zugehörigen Kennwerte eingearbeitet.

Gelenkiger Fußpunkt 33

3.5.3 Berechnung

Für die Bemessung der Schweißnähte zum Anschluss des Stützenprofils an die Fußplatte gilt DIN 18800, El. 825. Die Bemessung der Fußplatten kann wahlweise nach dem Verfahren elast.-elast. oder nach dem Verfahren elast.-plast. erfolgen.

Profilbündige Fußplatte Die Fußplattengröße entspricht den äußeren Abmessungen des Stützenprofils, d.h. (Profilhöhe) und b (Profilflanschbreite). tp hl = tp b=

ppdc,Pdc, lbfFfVzul ⋅⋅=⋅=

Unter Annahme einer gleichmäßigen Betonpressung in der Fundamentfuge ergibt sich die zu-lässige Stützlast zul V in Abhängigkeit von der Betongüte:

Annahmen für die Bemessung der Fußplattendicke dp: - gleichmäßig verteilte Auflagerpressung in der Fundamentfuge - Ermittlung des maximalen Biegemomentes in der Fußplatte nach Stiglat/Wippel, Platten, 2.

Auflage; Platte Nr. III/3/a, d.h. für die dreiseitig gelagerte Platte n. Bild 2 (starre Einspannung des dem freien Rand gegenüberliegenden Randes und gelenkiger Lagerung der übrigen Ränder unter Gleichlast p).

Das vorhandene Biegemoment yemm2VzulMvorh

⋅=

pdy, WfMzul ⋅=

wird dem aufnehmbaren Biegemoment

gegenübergestellt.

Überstehende Fußplatte Die Ermittlung von zul V erfolgt aus der als rechnerisch mittragend angenommenen

Aufstandsfläche FA multipliziert mit dem jeweiligen Bemessungswert der Betonfestigkeit, gleichmäßige Verteilung der Auflagerpressung über FA zugrunde gelegt. Werden die in der Fußplatte befindlichen Ankerlöcher durch die Flächenanteile dF überdeckt, erfolgt ein Abzug durch die genauen Kreisflächenabschnitte (ΔF). Für die Flächenermittlung wird freie Auskragung der Fußplatte links und rechts der Stützenpro-filflansche angenommen.

( )dF2FFfFfVzul 21dc,Adc, ⋅−+⋅=⋅=


3.5.4 Geometrie

Es sind ausschließlich Profile der I- und H-Serien für die Berechnung zugelassen. Berechnungsmodi sind: - für die vorgegebene Belastung wird die erforderlich Fußplatte ermittelt - aus der maximal möglichen Stützenlast oder Pressung wird die erf. Fußplatte ermittelt. Plattentypen können sein: - bündige Fußplatte - überstehende Fußplatte - vorhandene Fußplatte mit lp normierte Plattenlänge bp normierte Plattenbreite dp normierte Plattendicke bzw. Grenzdicke (nicht typisierte Plattendicken werden in der Tabelle rot markiert). Ankerdurchmesser und Ankerlochdurchmesser werden zur Ermittlung der rechnerisch mittra-gend angenommenen Aufstandsfläche benötigt. Zur Lage des Ankerloches macht das DASt-Ringbuch keine Angaben. Vom Programm wird das Ankerloch mittig zwischen Steg und Au-ßenkante Flansch (b/4) angenommen. Bei der Führung des Tragfähigkeitsnachweises hat der Anwender die Möglichkeit, zwischen den Nachweisen elastisch-elastisch und elastisch-plastisch zu wählen. Durch Anklicken des Pfeilsymbols neben der Eingabezeile für den Profil-Träger erscheint die Auswahl der für den Nachweis der gelenkigen Fußpunkte zugelassenen Walzprofile (s. S. 17).

3.5.5 Material


3.5.6 Belastung

Der Eingabebutton Belastung blendet das Eigenschaftsblatt zur Eingabe der Vertikalkraft Nd und Horizontalkraft Vd als Bemessungsgrößen (Designlasten) und des Materialsicherheits-beiwertes γM ein.

Gelenkiger Fußpunkt 35


Durch Anklicken des Rechnen-Symbols werden die Eingaben einer Kontrolle unterzogen und die Berechnung durchgeführt. Im DTE®-Viewer wird das fertig gesetzte Druckprotokoll zur Einsichtnahme eingeblendet. Die In-teraktionselemente des DTE®-Viewers werden unter Abs. 3.10, S. 47, beschrieben. Im Folgenden sind die mit den Voreinstellungen erzeugten Ergebnisse für den Bauteiltyp Ge-lenkiger Fußpunkt abgedruckt.

3.5.8 Druckdokument



3.6 Köcherfundament

Köcherfundamente finden im Stahlhochbau, speziell im Stahlhallenbau Verwendung, um Stahl-stützen biegesteif in das Betonfundament einzuspannen. Dabei wird im Betonfundament eine Aussparung vorgesehen, in die die Stahlstütze eingesetzt und die nach dem Ausrichten mit Be-ton vergossen wird. Ankerbarren und Verankerungsmaterial werden bei dieser Konstruktion nicht erforderlich. Bislang wurde die Einspanntiefe von Stahlstützen in 4H-Stahl nach dem DASt-Ringbuch bzw. nach dem Verfahren von Bär berechnet. Dieses Verfahren liefert jedoch häufig sehr große Ein-spanntiefen oder es müssen Stegverstärkungen zur Erhöhung der Querkrafttragfähigkeit ausge-führt werden. Sowohl die großen Einspanntiefen als auch die konstruktiven Verstärkungen füh-ren zu unwirtschaftlichen Lösungen. Dies gilt vor allem, wenn man solche Lösungen mit Kon-struktionen im Stahlbetonbau vergleicht. Dort ergeben sich für die Einspanntiefe von Stahlbe-tonfertigteilstützen oft wesentlich geringere Werte. In jüngster Zeit gab es in Fachzeitschriften Veröffentlichungen über Versuche und neue Re-chenverfahren zur Ermittlung der Einspanntiefe von I-förmigen Stahlprofilen /5/, /6/, /11/. Diese Verfahren liefern gegenüber dem Verfahren von Bär wesentlich geringere Einspanntiefen. In der neuen Version von 4H-Stahl 2005 kann der Anwender nun zwischen drei Nachweisverfahren wählen. Dies sind die Verfahren nach:

- DASt-Ringbuch/Bär /1/ - Mang/Koch/Stiglat/Seiler /11/ - Kindmann / Stracke /5/, /6/

Die Auswahl des gewünschten Nachweisverfahrens kann vom Programmanwender in der Ein-gabemaske für die Geometrie vorgenommen werden (Abs. 3.6.4, S. 42).

3.6.1 Bezeichnung

Bezeichnung analog DASt-Ringbuch: SF K E 30 8 SF Kennzeichen für Bauteilgruppe, Stützenfuß K Köcherfundament E Kennzeichen für Profilreihe, hier IPE, (HE)A,B 30 Profilhöhe in cm 8 Einspanntiefe in dm

Köcherfundament 37


Voraussetzungen für die Einstufung als typisierte Verbindung gemäß DASt-Ringbuch /1/ und die Berechnung der erforderlichen Einspanntiefen für die angegebenen Fundamentbemes-sungslasten Md, Vd und Nd: - vorwiegend ruhende Beanspruchung der Stützen - volle Einspannung des Stützenfußes in das Betonfundament - Walzprofile n. DIN 1025, Bl. 2, 3 und 5, im Nennhöhenbereich 200 bis 600 mm aus St 37 n.

DIN 17100 - Betongüte für das Betonfundament n. DIN 1045 bzw. gleichwertige Betonfestigkeitsklasse n.

DIN 1045-1 (01/2001)

3.6.3 Berechnung

3.6.3.1 Nachweisverfahren nach DASt-Ringbuch/Bär

Die Berechnung erfolgt in Anlehnung an DASt-Ringbuch unter Einbeziehung von DIN 18800 mit den folgenden Annahmen:

Betonpressung zwischen Stützenprofil und Fundament - Verteilung der Betonpressung auf die Flansche des Stützenprofils - näherungsweise Ersatz des bei der Bemessung im Stahlbetonbau anzunehmenden Parabel-

Rechteck-Diagramms des Betonspannungsverlaufes durch ein Rechteckdiagramm mit der Höhe bzw. ( )xf8.0 −⋅x8.0 ⋅ und einer gleichmäßigen Betonpressung σB, die (um 15%) un-terhalb der n. DIN 1045 zulässigen Betonpressung gehalten wird, um Abweichungen gegen-über der tatsächlichen Spannungsverteilung Rechnung zu tragen. Dieser Wert wird für alle Einspanntiefen f und möglichen Fundamentlastkombinationen nicht überschritten.

B

- von der n. DIN 1045, Abs. 17.3.3, zulässigen Erhöhung der Betonpressung bei Teilflächen-belastung wird kein Gebrauch gemacht. Somit sind zusätzliche Sicherheitsreserven bezüg-lich Einhaltung der zulässigen Betonpressung σB vorhanden. B

- Verteilung der Betonpressung oben und unten auf beide Trägerflansche, wobei der elasti-schen Stauchung des Betons zwischen den Trägerflanschen näherungsweise durch unglei-che Aufteilung von Do und Du zu je 45 bzw. 55 % Rechnung getragen wird und der größere Wert jeweils für den direkt belasteten Flansch gilt. Diese Werte wurden durch eine Ver-gleichsrechnung ermittelt (Ersatz der Betonfläche zwischen den Flanschen durch einen idea-lisierten Druckstab am einfach statisch unbestimmten System).

- Die Vertikalkraft V wird über eine Fußplatte übertragen. Haftspannungen zwischen Stahl-stütze und umhüllendem Vergussbeton werden nicht berücksichtigt.

Einspanntiefe Zur Ermittlung der erforderlichen Einspanntiefe ist die Schubspannung τ im Stützensteg die be-stimmende Größe. Die kritischen Querschnitte a-a und b-b werden betrachtet, wobei die Ver-gleichsspannung σV am Beginn der Ausrundung zwischen Steg und Flansch maßgebend wird. Die vom Stützenprofil maximal aufnehmbare Querkraft ist

( ) sthbzw.S

sI1.1VD dR,

x

xdR,dR,U ⋅−⋅τ≤

⋅⋅τ⋅≤=

zum Nachweis der Vergleichsspannung σV n. DIN 18800, T. 1, El. 749, wonach der Wert zul σV evtl. wegen der hier nur in einem kleinen Teil des Querschnittes auftretenden maximalen Ver-gleichsspannung um 10 % überschritten werden darf.

Zusätzlich ist der Vergleichsspannungsnachweis ohne σy zu führen, sofern sich dabei ungünsti-


gere Werte ergeben. Zwischen der Einspanntiefe f und dem Biegemoment M im Stützenprofil in OK Fundament besteht folgende Beziehung, die sich aus den Gleichgewichtsbeziehungen nach obigem Bild und den dort getroffenen Annahmen ergibt (s. auch Veröffentlichung von A. Bär über "Die Einspannung von I-Profilen in Stahlbetonbauteilen" in Bautechnik, Heft 3/1980, Seite 84, Formel (IX) mit ); zul Q ersetzt durch VaQQzul ⋅= R,d:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+⋅−⋅⋅−⋅

⋅=

HV2V

1H2V3

M5ferf

dR,

dR,dR,

oder

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+⋅−⋅⋅−⋅⋅=

HV2V

1H2V35fMzul

dR,

dR,dR,

xdy, WfM ⋅=

dy,Mx,Vx, fσσ ≤+

uu zDQ ⋅=

Vorgehensweise zur Ermittlung der Werte f, M und V: f und H werden vorgewählt, M wird nach obiger For-

mel bestimmt (max f für max ), V wird ermittelt unter Einhaltung von

und der Nachweise n. DIN 18800, El. 748 und 749.

Betonpressung Die Lage der Nulllinie (Abstand x von OK Fundament) bestimmt sich ebenfalls aus der vorge-

nannten Veröffentlichung n. Formel (20) auf S. 84 mit zul ; ersetzt durch VR,d:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+⋅−⋅=

HV2V

1fxR,d

R,d

Hieraus ermittelt sich die Pressung σC zwischen Stützenflanschen und Betonfundament wie folgt, wobei unter Berücksichtigung der ungleichmäßigen Verteilung von Do und Du zu je 45 bzw. 55% nur der größere Wert für den direkt belasteten Flansch enthalten ist. Der entspre-chende Wert für den gegenüberliegenden Flansch ermittelt sich daraus durch Multiplikation mit dem Faktor 0.45/0.55.

dc,dR,

C fbx0.8HV

0.55σ ≤⋅⋅+

⋅=vorh ( ) oder dc,dR,

C fbxf0.8

HV0.55σvorh ≤

⋅−⋅+

⋅=

b Breite des Stützenflansches Um eine unzulässig große Biegebeanspruchung in den Stützen-flanschen infolge der auf sie einwirkenden Betonpressung auszu-schließen, wurde die nutzbare Breite der Trägerflansche zur Auf-nahme der Betonpressung unter Annahme einer Neigung der Lastverteilung von 1:2.5 begrenzt (entspr. rippenlose Trägerver-bindungen, DIN 18800, Bild 3). Damit werden in der Berechnung immer die Bedingungen für vorh σC erfüllt.

Stützenprofil Die für den Vergleichsspannungsnachweis n. DIN 18800, El. 748, zu berücksichtigenden und am Be-ginn der Ausrundung zwischen Steg und Flansch des Profils auftretenden Spannungen werden er-mittelt.

Köcherfundament 39

3.6.3.2 Nachweisverfahren nach Mang/Koch/Stiglat/Seiler /11/

Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde von den Autoren das Verhalten von in Köcher-fundamenten eingespannten Walzprofilen untersucht. Aus den Versuchsergebnissen und dar-auf aufbauenden Vergleichsrechnungen wurde ein Bemessungsvorschlag erarbeitet. Der darin geführte Tragfähigkeitsnachweis besteht aus den Teilnachweisen Stahlversagen und Betonver-sagen. Für die Anwendung des Bemessungsvorschlages sind folgende Regeln zu beachten: - Betongüte ≥ C20/25 (B25) - schlaufenartige, das Stahlprofil umschließende Bewehrungsführung in den Köcherwänden - Köcherwanddicke t > Profilbreite b - die Köcherwandungen sind rau auszuführen - zum Verfüllen der Köcher nach dem Einbau der Stahlprofile ist ein hochwertiger Beton >

C20/25 (B25) zu verwenden.

Nachweis Stahlversagen Bezugsgröße für den Nachweis des Stahlversagens ist die elastische Länge LE.

4 yE I2.5L ⋅=

0.3/V dpl,d ≤

Beanspruchungsfall a Für V kann die erforderliche Einspanntiefe mit Hilfe der Gleichung

pl

dESt M

MhbLαf ⋅⋅⋅≥

ESt L1.5f ⋅≥

Lf ⋅α≤

berechnet werden. Die in dieser Gleichung verwendeten Größen haben folgende Bedeutung: a Faktor zur Berücksichtigung der Oberflächenbeschaffenheit des Stahlprofils b Profilbreite f Einspanntiefe h Profilhöhe Iy Trägheitsmoment des Stahlprofils um die y-Achse LE elastische Länge des Stahlprofils Md Biegemoment Mpl,y,d plastisches Moment des Stahlprofils Vd Querkraft Vpl,d plastische Querkraft Für die Einspanntiefe muss ein Mindestwert eingehalten werden, der ein Herausdrehen des Stahlprofils aus dem Betonfundament verhindern soll. Es gilt:

Bei sehr kurzen Einspanntiefen kann im Innern des Köchers nicht genug Tragfähigkeit mobili-siert werden, um das äußere Moment abzutragen. Das Stahlprofil dreht sich um einen Punkt in Höhe des Druckflansches aus dem Betonkörper heraus. Dabei wird der Beton an der Oberkan-te des Einspannbereiches zerstört. Neben der Untergrenze muss für die Einspanntiefe auch ei-ne Obergrenze festgelegt werden. Dies ist erforderlich, weil bei sehr großen Einspanntiefen ein Teil des Einbindebereiches nicht mehr am Lastabtrag mitwirkt. Die Obergrenze des Einspann-bereiches wird durch die Gleichung

ESt

definiert.


Beanspruchungsfall b 3.0/VV pld >

ESt Lf ⋅α≥

Für diesen Fall gilt eine feste Einspanntiefe von

Diese Festlegung erfolgte, weil die durchgeführten Versuche alle im Bereich

0.3/VV dpl,d ≤

lagen.

Betonversagen Eine weitere Bedingung für die Festlegung der erforderlichen Einspanntiefe wird durch die Be-grenzung der Betonspannungen im oberen Druckbereich des Köchers gegeben. Diese Bedin-gung ergibt sich zu:

d

d2cNMp5.33p5.43p2.33f ⋅⋅+⋅+⋅≥

mit b'f

Vpdc,

d⋅

= bh0.5b' +⋅= und

Das Betonversagen wird nur in Einzelfällen für die Bestimmung der erforderlichen Einspanntiefe maßgebend. b’ ist die Breite des am Abtrag der Betondruckkraft mitwirkenden Betonbereiches. D. h., die Druckkraft wird auf einer Strecke eingetragen, die größer ist als die Profilbreite. Hier-mit wird der Einfluss des Zugflansches auf den Lastabtrag berücksichtigt.

3.6.3.3 Einspanntiefe I-förmiger Stahlprofile nach Kindmann/Stracke /5/

Das entwickelte Rechenmodell beruht auf der Anwendung baustatischer Berechnungsmetho-den. Hierbei werden für die Übertragung der Anschlussschnittgrößen Md und Vd Spannungsver-teilungen angenommen, die dem Parabel-Rechteck-Diagramm in der Biegedruckzone eines Stahlbetonquerschnitts entsprechen. Als maximale Randpressung wird die Größe grenz σc an-gesetzt. Die sich hiermit ergebenden Spannungsblöcke können zu resultierenden Druckkräften Do und Du zusammengefasst werden. Ihre Lage und Berechnung kann dem unten dargestellten Bild und den nachfolgenden Gleichungen entnommen werden. Eingespannter Stützenfuß mit Darstellung von Kräften und Spannungen

Mit den Gleichgewichtsbedingungen ∑ ∑= 0H und =M

uo DDV −=

ouou a0.416V)]a(a0.416[fDM ⋅⋅−+⋅−⋅=

oo ap grenz0.81D ⋅⋅= uu ap grenz0.81 ⋅⋅=

erhält man: 0

Die Druckkräfte Do und Du können mit Hilfe der Gleichungen

D

berechnet werden.

Köcherfundament 41

Damit kann nun die Einspanntiefe f durch folgende Gleichung beschrieben werden:

)/DV0.5V(Dp grenz

1.03DMf u

2u

u⋅++⋅+=

ceff σ grenzbp grenz ⋅=

bc2r2tb seff ≤⋅+⋅+=

Die Größe grenz p ergibt sich unter Berücksichtigung der mitwirkenden Flanschbreite beff zu:

Die mitwirkende Flanschbreite kann unter Berücksichtigung der Profilgeometrie und des Maßes c mit Hilfe der Gleichung

berechnet werden. Das Maß c ist so zu bestimmen, dass das Biegemoment im Flansch des Stützenprofils das Grenzbiegemoment nicht überschreitet. Somit ergibt sich für c die Bestim-mungsgleichung

c

dy,g σ3

ft2c

⋅⋅⋅=

)u

Die Druckkraft Du ist nun so zu bestimmen, dass sich die minimale Einspanntiefe ergibt. Dies erreicht man durch Bildung der ersten Ableitung von f (df/dD . Wenn nun die Ableitung = 0 gesetzt wird, erhält man für Du die Bestimmungsgleichung

2VM 2

dd

dpl,u VDmax V ≤=

1.03p grenzDu +⋅=

Bei der dem Bemessungsmodell zugrunde liegenden Verteilung der Betondruckspannungen ist die maximal auftretende Querkraft im Einspannungsbereich gleich der Druckkraft Du. Da die Querkraft die vollplastische Querkraft des Stützenprofils nicht überschreiten darf, ergibt sich ei-ne weitere Bedingung für die Berechnung der Einspanntiefe f:

D. h., wenn der nach obiger Gleichung errechnete Wert von Du größer ist als Vpl,d darf nur der Wert von Vpl,d in die Berechnungsgleichung von f eingesetzt werden. Nach der Berechnung der erforderlichen Einspanntiefe der Stütze müssen noch die üblichen Spannungsnachweise mit den Schnittgrößen N, M und V geführt werden. Zunächst wird an der Oberkante des Funda-mentes der Nachweis für die äußeren Schnittgrößen Nd, Md und Vd geführt. Dann ist die Stelle des maximalen Momentes zu untersuchen. Da hier die Querkraft = 0 ist, müssen nur max M und N berücksichtigt werden. Abschließend ist dann noch der Tragfähigkeitsnachweis für die maximale Querkraft und das zugehörige Moment und die Normalkraft zu führen.

3.6.4 Geometrie

Im Eigenschaftsblatt Geometrie werden neben den Fußplattenabmessungen auch die Betongü-te und das Stützenprofil festgelegt.


Es ist zu beachten, dass hier nur I-förmige Profile vorgegeben werden dürfen.

Für wird die Einspanntiefe automatisch ermittelt, ansonsten wird der vorgegebene Wert übernommen und im Bedarfsfalle entsprechend vergrößert.

0f =

Die σy-Spannungen in den Schnitten a und b können abgemindert werden (gilt nur für das Re-chenverfahren nach DASt-Ringbuch). Die Breite bp der Fußplatte kann maximal so breit wie das Stützenprofil vorgegeben werden. Die Länge lp der Fußplatte wird automatisch auf die Trägerhöhe festgesetzt. tF ist die Dicke der Fußplatte. In der unteren Hälfte der Eingabemaske muss das für die Berechnung anzuwendende Nach-weisverfahren angegeben werden. Hier kann zwischen den Verfahren nach DASt-Ringbuch /1/, Kindmann/Stracke /5/ und Mang/Koch/Stiglat/Seiler /11/ gewählt werden. Beim Nachweisverfah-ren nach /11/ muss eine Aussage über die Beschaffenheit der Profiloberfläche gemacht wer-den. Es kann zwischen unbeschichtet und beschichtet gewählt werden. Durch Anklicken des Pfeilsymbols neben der Eingabezeile für das Stützenprofil erscheint die Auswahl der für den Nachweis der Köcherfundamente zugelassenen Walzprofile (s. S. 17).

3.6.5 Material


3.6.6 Belastung

Der Eingabebutton Belastung blendet das Eigenschaftsblatt zur Eingabe der Vertikalkraft Nd, der Horizontalkraft Vd und des Einspannmomentes Md als Bemessungsgrößen (Designlasten) sowie des Materialsicherheitsbeiwertes γM ein.

Es ist zu beachten, dass Md das Moment um die starke Achse des Profils ist. Einspannung für Doppelbiegung oder für Biegung um die schwache Achse kann mit den verfügbaren Rechen-verfahren nicht nachgewiesen werden.

Köcherfundament 43


Durch Anklicken des Rechnen-Symbols werden die Eingaben einer Kontrolle unterzogen und die Berechnung durchgeführt. Im DTE®-Viewer wird das fertig gesetzte Druckprotokoll zur Einsichtnahme eingeblendet. Die In-teraktionselemente des DTE®-Viewers werden unter Abs. 3.10, S. 47, beschrieben. Im Folgenden sind die mit den Voreinstellungen erzeugten Ergebnisse für den Bauteiltyp Kö-cherfundament abgedruckt.

3.6.8 Druckdokument



3.7 Materialdaten

In der Auswahlbox kann eine der nachfolgend aufgeführten Stahlsorten ausgewählt werden. Für die Eingabe der Stahlsorte stehen die Stähle der Tab. 1, Anpassungsrichtlinie Stahlbau, Ausgabe Dez. 2001 zur Verfügung. Dies sind: Baustähle n. DIN EN 10025 (03.94): S235 (St37), S275 (St44), S355 (St52) Feinkornbaustähle n. DIN EN 10113 (04.93): S275 N/NL, S275 M/ML, S355 N/NL, S355 M/ML, S460 N/NL, S460 M/ML Aufgrund der Überarbeitung und Erweiterung von El. 401 der DIN 18800 gemäß Anpassungs-richtlinie Stahlbau (12.01) sind hier gegenüber der alten Tab. 1 zusätzliche Stähle und geänder-te Stahlbezeichnungen aufgeführt. Bezeichnung der Feinkornbaustähle S355 N, S355 M, S355 NL, S355 ML

S Stahl 355 Streckgrenze N/mm2

N normalgeglüht L festgelegter Mindestwert der Kerbschlagarbeit bei einer Temperatur von -50 °C M thermomechanisch gewalzt

Freies Material Zusätzlich zu den hier aufgeführten Stählen kann über den Menüpunkt benutzerdefiniert eige-

nes Material definieren werden. Die freie Materialangabe erfolgt über Eingabe des E-Moduls, des Schubmoduls, der Streck-grenze und der abgeminderten Streckgrenze für Bauteile mit einer Dicke > 40 mm.

Materialdaten, Verbindungsmittel, DTE®-Viewer 45

Stahlsorte Die Stahlsorte kann für die wichtigsten Komponenten eines Bauteils getrennt eingegeben wer-den. Das heißt, bei einer Rahmenecke können z. B. unterschiedliche Stahlsorten für Riegel, Stiel, Stirnplatte und Zuglasche vorgegeben werden. Damit ist es möglich, für die hoch beanspruchten Bauteile Stirnplatte und Zuglasche einen hö-herwertigen Stahl zu verwenden als für Stiel- und Riegelprofil.

3.8 Verbindungsmittel

Im Eigenschaftsblatt Verbindungsmittel erfolgt die Festlegung der zum Einsatz kommenden Schraubengröße mit Werkstoff. Die Grundeinstellung geht von einer Scher-/Lochleibungsverbindung aus. Wird ein Werkstoff mit 8.8 oder höherwertig ausgewählt, kann der Button planmäßige Vorspannung aktiviert wer-den. Weiterhin können planmäßige Vorspannung mit oder ohne gleitfeste Reibung vorgesehen werden. Das Nennlochspiel in mm kann angegeben werden. Ist das Nennlochspiel > 0.3 mm, liegt eine rohe Schraube andernfalls eine Passschraube vor.

3.9 Bezeichnung der Schraubenbilder

Der nebenstehend dargestellte Anschluss hat nx x nz = 2 x 3 Schrauben. nx ist die Anzahl in x-Richtung nebeneinander liegender Schrauben; nz die Anzahl der in z-Richtung übereinander liegenden Schrauben. Es wird immer erst die Anzahl der Schrauben in horizontaler Richtung (x) und dann die Anzahl in vertikaler Richtung (z) angegeben.


3.10 DTE®-Viewer

Der Viewer besitzt eine Reihe von Interaktionselementen, die wie folgt reagieren: Sprung auf die erste Seite des Dokumentes

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Eingabe der gewünschten Seitennummer

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Suchen einer Seite, die eine bestimmte Tabelle oder Grafik enthält

Zoom-Ausschnitt manuell festlegen

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manuelle Vorgabe des Zoom-Faktors (1:1 ... 1:10) Mit Hilfe des nebenstehend dargestellten Buttons kann ein benutzerdefinierter Ausschnitt in ei-ne Windows-Bitmap-Datei (BMP) gespeichert werden. Diese Datei kann in vielen Windows-Anwendungen (Windows-Paint, Word-für-Windows, Corel-Draw etc.) eingefügt werden.

3.11 Gesamtausdruck

Innerhalb eines Bauteiles Detailnachweise können beliebig viele oben beschriebene Bauteilty-pen Pfettenstoß, Rippenlose Lasteinleitung … zusammengefasst sein. Statt jedes Unterbauteil einzeln auszudrucken, kann übergeordnet ein Gesamtdruckdokument erzeugt und ausgegeben werden. Hierzu ist das Bauteil auf dem DTE®-Schreibtisch mit der LMT einmal anzuklicken. Es wird da-durch weiß markiert und erhält einen dicken schwarzen Rand. Durch drücken der RMT wird das Menü zum gemeinsamen Ausdruck aufgerufen. Das derart erzeugte Druckdokument kann wieder mit dem DTE®-Viewer eingesehen werden.

Materialdaten, Verbindungsmittel, DTE®-Viewer 47

4 Literaturverzeichnis /1/ Deutscher Stahlbau-Verband (DSTV)

Typisierte Verbindungen im Stahlhochbau, 2. Auflage Stahlbau-Verlags-GmbH, 1979/1984

/2/ DIN 18800 (11.90) Stahlbauten Beuth Verlag,1990

/3/ Hünersen / Fritzsche Stahlbau in Beispielen, 4. Auflage Werner Verlag, 1998

/4/ Kahlmeyer Stahlbau nach DIN 18800 (11.90), 3. Auflage Werner Verlag, 1998

/5/ Kindmann / Stracke Verbindungen im Stahl- und Verbundbau Verlag Ernst & Sohn, 2003

/6/ Kindmann / Laumann Erforderliche Einspanntiefe von Stahlstützen in Betonfundamenten Stahlbau 74, Heft 8, 2005, S. 564 – 579

/7/ Kindmann / Frickel Elastische und plastische Querschnittstragfähigkeit Verlag Ernst & Sohn, 2002

/8/ Kroll Rechenbehelfe für ideale Biegedrillknickmomente doppeltsymm. I - Querschnitte Verlag Stahleisen, 1998

/9/ Krüger Stahlbau, Teil 1 Grundlagen, 2. Auflage, 1999, Teil 2 Stabilitätslehre, 1998 Verlag Ernst & Sohn

/10/ Lindner / Scheer / Schmidt Stahlbauten, Erläuterungen zu DIN 18800, 3. Auflage Beuth Verlag, 1998

/11/ Mang / Koch / Stiglat / Seiler In Betonfundamente eingespannte Stahlstützen aus I - Profilen Stahlbau 71, Heft 9, 2002, S. 653 – 660

/12/ Möller / Pöter / Schwarze Planen und Bauen mit Trapezprofilen, Band 1: Grundl., Bauweisen, Bemessung Verlag Ernst & Sohn, 2004

/13/ Oberegge / Hockelmann / Dorsch Bemessungshilfen für profilorientiertes Konstruieren, 3. Auflage Stahlbau-Verlagsgesellschaft, 1997

/14/ Petersen Stahlbau, 3. Auflage, 2. durchgesehener Nachdruck Vieweg-Verlag, 1997

/15/ Petersen Statik und Stabilität der Baukonstruktionen, 2. Auflage Vieweg-Verlag, 1982

/16/ Piechatzek / Kaufmann Formeln und Tabellen Stahlbau Vieweg Verlag, 1999

/17/ Schlechte Festigkeitslehre für Bauingenieure, 4. Auflage VEB Verlag für Bauwesen, 1981

/18/ Schneider Bautabellen für Ingenieure, 12. Auflage Werner Verlag, 1996


/19/ Schneider-Bürger Stahlbau-Profile, 22. Auflage Verlag Stahleisen, 1999

/20/ Stahlbau Handbuch Band 1, Teil A Stahlbau-Verlagsgesellschaft, 1993

/21/ Thiele / Lohse Stahlbau, Teil 1 Teubner Verlag, 1997

/22/ Wendehorst Bautechnische Zahlentafeln, 29. Auflage Teubner Verlag, 2000

/23/ DIN 1045, Ausg. Juli 1988 /24/ DIN 1045-1, Ausg. Jan. 2001

5 Index

Abkürzungen 2 Gebrauchsfähigkeitsnachweis 30

Gesamtausdruckt 47 Auflagerkraft 16 Installation 5 Ausklinkung 19, 20 Köcherfundament 37 Ausrundungsdurchmesser 20 Kontextsensitivität 6 Baustahl 45 Lastbild 2 Bauteil erzeugen 7 Lasteinleitung rippenlose 15 Betonpressung 34, 38 Lastfall 2 Bitmap-Datei 47 Lastkollektiv 2 blank 2 Material freies 45 Buttons 2 Materialdaten 45 Cursor 2 Materialsicherheitsbeiwert 13, 17, 24, 31, 35, 43 DIN 1000 20, 26 Mindestdicke 27, 29, 30 DIN 1025 11, 15, 20, 26, 33, 38 Momentenstoß 13 DIN 1028 20 Nennlochspiel 46 DIN 1029 20 Ordner 7 DIN 1045 33, 38 Pfettenstoß 11 DIN 1045-1 33, 38 Querkraftstoß 13 DIN 17100 11, 15, 20, 26, 33, 38 Restklemmkraft 30 DIN 18800 11, 15, 16, 20, 22, 26, 29, 34, 38, 39, 45 Rippen 30 DIN 267 11, 20, 26 Rippenlose Lasteinleitung 15 DIN 6914 11, 26 Schraubengröße 46 DIN 7990 11, 20 Schreibtisch 6 DIN EN 10025 45 Schreibtischauswahl 5 DIN EN 10113 45

DTE®-Viewer 47 Stahlsorte 45, 46 Einspanntiefe 38 Startsymbol 5 Einwirkung 2 Steuerbutton 6 Einzellast 16 Stirnplattenanschluss 20 e-Mail 6 Stirnplattenverbindung 19, 26 EURONORM 19-57 20 Stoßlaschen 12 EURONORM 25-72 20 Trägeranschluss gelenkiger 19 Extremalbildungsvorschrift 2 Trägerkreuzung 15 Fangerechteck 2 Verbindungsmittel 46 Feinkornbaustahl 45 Viewer 47 Fußplatte 34 Walzprofile zugelassene 17 Fußpunkt gelenkiger 33 Winkelanschluss 20 Futter 30

Literaturverzeichnis und Index 49


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